Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp rada đất để phát hiện hang rỗng trong thân đê, đập ở việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------

Vƣơng Duy Thọ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP
RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG
THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------------------

Vƣơng Duy Thọ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP
RAĐA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN HANG RỖNG TRONG
THÂN ĐÊ, ĐẬP Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Vật Lý Địa Cầu
Mã số: 60440111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. VŨ ĐỨC MINH

Hà Nội – Năm 2015


MỤC LỤC
Các ký hiệu & từ viết tắt……………………………………………………………..i
Danh mục hình vẽ.......................................................................................................ii
Danh mục bảng biểu................................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ................................................................... Error! Bookmark not defined.
1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................... Error! Bookmark not defined.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: ......................... Error! Bookmark not defined.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................... Error! Bookmark not defined.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ......................... Error! Bookmark not defined.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................... Error! Bookmark not defined.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........... Error! Bookmark not defined.
7. Cấu trúc của luận văn ........................................ Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN CHUNG VỀ PHƢƠNG PHÁP RAĐA ĐẤT ....... Error!
Bookmark not defined.
1.1 VÀI NÉT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CỦA PHƢƠNG PHÁP
RAĐA ĐẤT TRONG KHẢO SÁT HANG RỖNGError!
Bookmark
not
defined.
1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài .......... Error! Bookmark not defined.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .............. Error! Bookmark not defined.
1.2. PHƢƠNG PHÁP RA ĐA ĐẤT ...................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Sơ lƣợc về phƣơng pháp Rađa đất. .......... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Một số tính chất cơ bản của trƣờng điện từ trong môi trƣờng địa chất
............................................................................ Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Phƣơng pháp xác định một số tham số điện từError!

defined.

Bookmark

not

Chƣơng 2 - NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH HANG RỖNG LÝ THUYẾT Error!
Bookmark not defined.
2.1.CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH ..................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Cơ sở Vật lý địa chất ................................. Error! Bookmark not defined.


2.1.2 Cơ sở lựa chọn ăng ten. ............................. Error! Bookmark not defined.
2.2. CÁCH THỨC TÍNH MÔ HÌNH ................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Module mô hình hóa cho mô phỏng 2D (Module modelling for the 2Dsimulation) .......................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Mô hình sai phân hữu hạn (Finite Difference (FD))Error! Bookmark not
defined.
2.2.3. Cơ sở lý thuyết trƣờng sóng ra đa trên hang rỗngError! Bookmark not
defined.
2.3. XỬ LÝ, TÍNH TOÁN ................................... Error! Bookmark not defined.
2.4. KẾT QUẢ THỰC HIỆN MÔ HÌNH LÝ THUYẾTError! Bookmark not
defined.
2.4.1. Mô hình hang rỗng có độ sâu khác nhau .. Error! Bookmark not defined.
2.4.2. Mô hình hang rỗng nằm ở độ sâu 1m có bán kính thay đổi ............. Error!
Bookmark not defined.
2.4.3. Mô hình có 2 đối tƣợng hang rỗng ........... Error! Bookmark not defined.
2.4.3.1. Mô hình có 2 đối tƣợng hang rỗng có cùng vị trí nhƣng độ sâu khác
nhau .................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.3.2. Mô hình có 2 đối tƣợng hang rỗng khác vị trí và độ sâu khác nhau
............................................................................ Error! Bookmark not defined.

2.4.3.3. Mô hình có 2 đối tƣợng hang rỗng khác vị trí và cùng độ sâu ...... Error!
Bookmark not defined.
Chƣơng 3 - KẾT QUẢ ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP RADA ĐẤT ĐỂ PHÁT HIỆN
HANG RỖNG ........................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1. Máy móc thiết bị ................................................ Error! Bookmark not defined.
3.2. Phƣơng pháp kỹ thuật đo Rađa đất .................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Phƣơng pháp xử lý tài liệu ................................. Error! Bookmark not defined.
3.4.Kết quả xác định hang rỗng ................................ Error! Bookmark not defined.
3.4.1 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đáy - Hoài Đức - Hà Nội
............................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.2 Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê Tả Cấm, Thủy Nguyên, Hải
Phòng ..................................................................... Error! Bookmark not defined.


3.4.3. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đê tả Đào, Nam Trực, Nam Định
............................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.4.4. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen, Khánh Hòa ...... Error!
Bookmark not defined.
3.4.5. Kết quả xác định hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam .... Error!
Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ............................................................... Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................1

Các ký hiệu và chữ viết tắt

 - độ dẫn điện [đơn vị Siemens/m]
 - hằng số điện môi
f - tần số của ăng ten [MHz]
v - vận tốc truyền sóng điện từ [m/ns]
c - vận tốc ánh sáng [c = 3 . 108 m/s]

 - điện trở suất của môi trƣờng [ohm/m]
 - độ thẩm từ
R - hệ số phản xạ
 - bƣớc sóng [m]
 - độ suy giảm của sóng điện từ [dB/m2]
E - cƣờng độ điện trƣờng [Volt/m]
D - véc tơ cảm ứng điện


Jc - mật độ dòng dẫn [amperes/m2]
Jd - dòng dịch
 = 2f - tần số góc [rad/s]
 - phần trăm lỗ rỗng hay độ rỗng của môi trƣờng đất đá [%]
S - độ bão hoà nƣớc hay tỷ lệ độ ngậm nƣớc

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Mối liên hệ giữa dòng điện dẫn, dòng dịch và dòng toàn phần ................ 11
Hình 1.2. Mối liên hệ giữa độ điện thẩm tƣơng đối và vận tốc truyền sóng vào
lƣợng nƣớc của môi trƣờng ....................................................................................... 13
Hình 1.3. Phƣơng pháp hình học............................................................................... 17
Hình 1.4. Vận tốc truyền sóng .................................................................................. 18
Hình 1.5. Phƣơng pháp điểm sâu chung ................................................................... 19
Hình 2.1: Giản đồ sóng rađa trên các đối tƣợng ...................................................... 28
Hình 2.2. Giản đồ sóng rađa trên đối tƣợng dạng điểm ........................................... 30
Hình 2.3. Giản đồ sóng rađa trên mặt phân lớp ....................................................... 31
Hình 2.4. Hình ảnh dịch chuyển Migration ............................................................. 32
Hình 2.5. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 0,3m ................................................................................................. 34
Hình 2.6. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ

3 và có độ sâu 0,3m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 34


Hình 2.7. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 0,6m ................................................................................................. 35
Hình 2.8. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 0,6m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 35
Hình 2.9. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 0,9m .................................................................................................. 36
Hình 2.10. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 0,9m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 36
Hình 2.11. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 1,2m .................................................................................................. 37
Hình 2.12. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 1,2m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 37
Hình 2.13. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 1,5m .................................................................................................. 38
Hình 2.14. Mô hình có 1 đối tƣợng hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ
3 và có độ sâu 1,5m sau khi đã xử lý Migration ..................................................... 38
Hình 2.15. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0.05m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m ......................................................................................................................... 39
Hình 2.16. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m ......................................................................................................................... 40
Hình 2.17. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,1m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m sau khi xử lý Migration .................................................................................. 40
Hình 2.18. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m .......................................................................................................................... 41
Hình 2.19. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,15m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 41
Hình 2.20. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu

là 1m ......................................................................................................................... 42
Hình 2.21. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,2m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 42


Hình 2.22. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m ......................................................................................................................... 43
Hình 2.23. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,25m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 43
Hình 2.24. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m ......................................................................................................................... 44
Hình 2.25. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,3m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m sau khi xử lý Migration .................................................................................. 44
Hình 2.26: Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m ......................................................................................................................... 45
Hình 2.27. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,4m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m sau khi xử lý Migration .................................................................................. 45
Hình 2.28. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m ......................................................................................................................... 46
Hình 2.29. Mô hình 1 hang rỗng có bán kính 0,5m nằm ở vị trí mét thứ 3 chiều sâu
là 1m sau khi xử lý Migration ................................................................................... 46
Hình 2.30. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và
chiều sâu là 0,3m, 1,2m ............................................................................................. 47
Hình 2.31. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và
chiều sâu là 0,3m, 1,2m sau khi đã xử lý Migration ................................................. 47
Hình 2.32. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và
chiều sâu là 0,3m, 0,9m ............................................................................................ 48
Hình 2.33. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và
chiều sâu là 0,3m, 0,9m sau khi đã xử lý Migration ................................................. 48
Hình 2.34. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9;

chiều sâu là 0,3m, 0,9m ........................................................................................... 49
Hình 2.35. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9;
chiều sâu là 0,3m, 0,9m sau khi đã xử lý Migration ................................................ 49
Hình 2.36. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6;
chiều sâu là 0,9m, 1,2m ............................................................................................ 50


Hình 2.37. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6;
chiều sâu là 0,9m, 1,2m sau khi đã xử lý Migration ................................................. 50
Hình 2.38. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6;
chiều sâu là 0,9m ....................................................................................................... 51
Hình 2.39. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,6;
chiều sâu là 0,9m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 51
Hình 2.40. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9;
chiều sâu là 0,9m ...................................................................................................... 52
Hình 2.41. Mô hình có 2 hang rỗng có bán kính 0.3m nằm ở vị trí mét thứ 3 và 3,9;
chiều sâu là 0,9m sau khi đã xử lý Migration ........................................................... 52
Hình 3.1. Hệ thiết bị SIR- 10B ................................................................................. 53
Hình 3.2. Khuyếch đại tín hiệu chuẩn ...................................................................... 55
Hình 3.3. Cài đặt thông số các bộ lọc ...................................................................... 56
Hình 3.4. Tuyến đo khảo sát tổ mối ......................................................................... 58
Hình 3.5.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát......................................................................... 59
Hình 3.6. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Hoài Đức-Hà Nội............... 59
Hình 3.7. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Hoài Đức - Hà Nộ ................ 60
Hình 3.8.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát......................................................................... 61
Hình 3.9. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Thủy Nguyên-Hải Phỏng ... 61
Hình 3.10. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Thủy Nguyên-Hải Phòng ... 62
Hình 3.11.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát....................................................................... 63
Hình 3.12. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Nam Trực-Nam Định ...... 63
Hình 3.13. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đê Nam Trực-Nam Định ......... 64

Hình 3.14.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát....................................................................... 64
Hình 3.15. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen-Khánh Hòa ..... ..65
Hình 3.16. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Đá Đen-Khánh Hòa ......... 65


Hình 3.17.Sơ đồ vị trí tuyến khảo sát....................................................................... 66
Hình 3.18. Hình ảnh khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam .... 66
Hình 3.19. Kết quả khảo sát hang rỗng tổ mối trên đập Khe Tân-Quảng Nam ....... 67

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Hằng số điện môi của một số vật chất trong tự nhiên ................................8


Tài liệu tham khảo
Tiếng Việt
1. Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Ứng dụng công nghệ mới dò tìm và xử lý mối trong
đê, Thƣ viện Cục phòng chống lụt bão và quản lý đê điều.
2. Ngô Trí Côi và nnk, (2001), Nghiên cứu ứng dụng chương trình phần mềm Rađa
xuyên đất dò tìm khuyết tật lỗ rỗng (lưu ý tổ mối) trong đê đập, Báo cáo kết quả
nghiên cứu đề tài cấp bộ; Thƣ viện Viện Phòng trừ mối và bảo vệ công trình.
3. Nguyễn Văn Giảng Nguyễn Thành Công Ứng dụng rađa xuyên đất trong việc
đánh giá hiện trạng đất đắp cống dưới đê (Assesing earth's filling side of sluice
under the dyke by the GPR method). Tuyển tập kết quả KH và CN 1994-1999,
Tập IV, tr 33-41. NXB Nông Nghiệp
4. Nguyễn Trọng Nga, Đỗ Anh Chung và nnk, (2002), Báo cáo kết quả dò tìm hang
rỗng nền Nhà máy Xi măng Tam Điệp - Ninh Bình, Thƣ viện Viện Phòng trừ mối
và Bảo vệ công trình.
5. Lê Hoàng Kim, Nguyễn Thành Vấn, Đặng Hoài Trung, Áp dụng phương pháp
dịch chuyển dời pha nội suy tuyến tính vào xử lý tài liệu radar xuyên đất để xác

định kích thước và vị trí dị vật. Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr
230-236.
6. Đặng Hoài Trung, Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Nguyễn Văn Thuận, Võ
Nguyễn Nhƣ Liễu, Ra đa xuyên đất trong khảo sát công trình ngấm tại thành phố
Hồ Chí Minh. Tạp chí Địa Chất, loại A, số 341-345, 3-8/2014, tr 299-308.
7. Mai Thanh Tân, 2011, Thăm dò Địa chấn. NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.
8. Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Thuận, Đặng Hoài Trung, Dịch chuyển F-K và
Entropy cực tiểu trong xử tài liệu Rađa xuyên đất. Tạp chí Địa Chất, loại A, số
341-345, 3-8/2014, tr 273-282.
9. Nguyễn Thành Vấn, Võ Minh Triết, Đặng Hoài Trung, Lê Văn Anh Cƣờng,
Nguyễn Văn Giảng, Xác định vận tốc truyền sóng điện từ trong radar xuyên đất
bằng hiệu chỉnh động. Tạp chí Các Khoa Học Về Trái Đất. Số 2 tập 35, 6-2013,
tr 137-145.

1


10. Nguyễn Thành Vấn, Nguyễn Văn Giảng, 2013, Ra đa xuyên đất phương pháp
và ứng dụng,. NXB Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh
11. Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam,
(2004), Báo cáo kết quả đề tài:" Điều tra, khảo sát tình hình mối và các ẩn hoạ ở
hệ thống đập đất thuộc tỉnh Hoà Bình và đề xuất biện pháp xử lý"
12. Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học thuỷ lợi Việt Nam,
(2006), Báo cáo đề tài:" Nghiên cứu điều tra, đánh giá tổng hợp các điều kiện
môi trường, ẩn hoạ đối với đê điều tỉnh Nam Định"

Tiếng Anh
13. Annan. A.P (1984) - Radar mapping of buried pipes and cable.
14. A.P.Annan, Sensors & Sorfware Inc, Thƣ viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ
công trình.

15. Daniels.D.J (1980) - Short Imfulse radar for stratified lossy dielectrie layer
measurement.
16. Damiels D.J (1996) - Subsurface Penetrating radar.
17. Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Simulation research on hollow cavities
in the body of dikes, dams by Geophysical Methods”, VNU. Journal of Science,
Mathematics-Physics, 29 (1), p.
18. Vu Duc Minh, Do Anh Chung, 2013, “Some research results from the
application of geophysical methods in quickly identifying shallow hazards in dike
and dam body” , VNU. Journal of Science, Mathematics-Physics.
19. Radan For Windows, Manual, (2014) of Geophysical Survey Systems, Inc
20. Sandmeier. K.J, Reflexw Manual. Zipser Straße 1D-76227 Karlsruhe Germany
21. Stolt, R.H, 1996, Seissmic Migration: Theory and pratice, Geophyssical Press
22. SIR-System 10B, Manual, (1998), Thƣ viện Viện Phòng trừ mối và Bảo vệ
công trình.

2


23. Szynkiewicz, A., (2000) GPR monitoring of earthen flood banks/ levees,
Proceedings of the Eighth International Conference on Ground Penetrating
Radar, (GPR 2000).
24. Xuxingxin, Lidong and al, Study of Ground Penetrating Rađa Exploration of
Subterranean Termites in Dykes and Dams, (1996), Acta Entomology Sinica,
vol.39.

3